第17讲 电磁感应、电磁波、能量量子化（提高）讲义-2026年高二暑假物理提升

第17讲 电磁感应、电磁波、能量量子化 【学习目标】　 1.知道什么是电磁感应现象，什么是感应电流，了解法拉第的贡献。 2.通过实验探究，理解产生感应电流的条件。 3.了解电磁感应现象的应用。 4.知道麦克斯韦电磁场理论，理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点。 5.了解电磁波的形成及其特点。 6.知道能量量子化的含义和能级的概念。 【知识梳理】 一、划时代的发现 1．丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种作用称为电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系。 2．英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象，他把这种现象命名为电磁感应．产生的电流叫作感应电流。 二、感应电流的产生条件 1．磁通量 (1)概念：穿过某个面的磁通量等于闭合导体回路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积。 (2)公式：Φ＝BS。 2．产生感应电流的条件：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流 三、磁通量的计算 1．磁通量的正、负：任何一个面都有正、反两面，若规定磁感线从正面穿入为正磁通量，则磁感线从反面穿入即为负磁通量，反之亦可。磁通量的变化大致可分为以下几种情况： (1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化．如图(a)所示． (2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化．如图(b)所示． (3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化．如图(c)所示． 2．ΔΦ与Φ意义不同，大小也没有必然的联系，感应电流的产生与Φ无关，只取决于Φ的变化，与ΔΦ有关。 题型1：感应电流产生的条件及判断 【例题1】（24-25高二上·浙江杭州·期中）某同学利用如图所示器材探究“磁生电”，在正确操作的情况下，得到符合实验事实的选项是（　　） A．将绕线的铁环换成木环后，闭合或断开开关瞬间，电流计指针有偏转 B．闭合开关稳定后，电流计指针有偏转 C．闭合开关瞬间，电流计指针无偏转 D．通电状态下，拆开与电池相连线圈的瞬间，电流计指针无偏转 【答案】A 【详解】A．将绕线的铁环换成木环后，闭合或断开开关瞬间，与电源相连线圈中电流发生变化，穿过与电流计相连线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，电流计指针偏转，故A正确； B．闭合开关稳定后，与电源相连线圈中电流不变，穿过与电流计相连线圈的磁通量不变，不产生感应电流，电流计指针不偏转，故B错误； C．闭合开关瞬间，与电源相连线圈中电流从无到有，穿过与电流计相连线圈的磁通量增加，产生感应电流，电流计指针有偏转，故C错误； D．通电状态下，拆开与电池相连线圈的瞬间，与电源相连线圈中电流从有到无，穿过与电流计相连线圈的磁通量减小，产生感应电流，电流计指针偏转，故D错误。 故选A。 变式1.（2023春·云南保山·高二云南省保山第一中学校考期末）如图所示，线圈abcd水平向右穿过磁场区域B时，在以下情况中，线圈中有感应电流产生的是（　　）    A．整个线圈在磁场中上下平动时 B．整个线圈都在磁场中左右平动 C．线圈离开磁场的过程中 D．线圈进入磁场后在它所在的平面内绕过a点垂直于纸面的轴旋转 【答案】C 【详解】A．整个线圈都在磁场中上下平动时，穿过线圈的磁通量不变，没有感应电流，A不符合题意； B．整个线圈都在磁场中左右平动时，穿过线圈的磁通量不变，没有感应电流，B不符合题意； C．线圈离开磁场的过程中，磁通量减小，有感应电流产生，C符合题意； D．线圈进入磁场后在它所在的平面内绕a点旋转时，穿过线圈的磁通量不变，没有感应电流，D不符合题意。 故选C。 变式2.（2022春·高二课时练习）如图，A和B都是铝环，环A是闭合的，环B是断开的，两环分别固定在一横梁的两端，横梁可以绕中间的支点转动。下列判断正确的是（　　） A．用磁铁的N极靠近A环时，A环会转动靠近磁铁 B．用磁铁的N极靠近B环时，B环会转动靠近磁铁 C．用磁铁的N极靠近A环，A环不会有感应电流产生 D．用磁铁的N极靠近B环，B环不会有感应电流产生 【答案】D 【详解】A．A环闭合，磁铁靠近A环时，由来拒去留可知，A环会转动远离磁铁，A错误； BD．B环不闭合，磁铁靠近B环时，环内不产生感应电流，因此环不受到磁场的作用，横杆不转动，B错误，D正确； C．用磁铁的N极靠近A环，向里的磁通量增大，所以A环中感应磁场方向向外，A环能产生逆时针的感应电流，C错误； 故选D。 【例题2】（2023秋·安徽黄山·高二统考期末）下列情况能产生感应电流的是（　　）      A．如图（a）所示，导体AB顺着磁感线运动 B．如图（b）所示，条形磁铁插入线圈中不动时 C．如图（c）所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时 D．如图（d）所示，矩形线圈只有一半在匀强磁场内，现以OO′为轴转动时 【答案】D 【详解】A．导体顺着磁感线运动，通过闭合电路的磁通量不变，不会产生感应电流，故A错误。 B．条形磁铁插入线圈中不动时，线圈中没有磁通量的变化，从而不会产生感应电流，故B错误。 C．小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时，通过闭合回路的磁通量不变，不会产生感应电流，故C错误。 D．矩形线圈只有一半在匀强磁场内，现以OO′为轴转动时，电路中电流发生改变，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，故D正确。 故选D。 变式1.（2022秋·江苏徐州·高二统考学业考试）如图所示，虚线I和Ⅱ之间有垂直于纸面向里的匀强磁场。闭合线圈自高处落下，依次经过a、b、c三个位置。则线圈中有感应电流产生的是（　　） A．位置a和位置b B．位置b和位置c C．位置a和位置c D．三个位置都有 【答案】C 【详解】经过位置a和位置c时通过线圈的磁通量发生变化，由电磁感应定律可知，线圈中有感应电流的产生，经过位置b时，线圈的磁通量不发生变化，无感应电流的产生。 故选C。 变式2.（2023春·安徽合肥·高二合肥市庐阳高级中学校考期中）法拉第在1831年发现了“磁生电”现象。如图甲把两个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用长直导线连通，直长导线正下方平行于导线放置一个小磁针；如图乙两个线圈分别绕在一个铁环上，线圈A接直流电源，线圈B接灵敏电流计。实验中可能观察到的现象是（　　） A．图甲中，线圈A和电池断开瞬间，小磁针会偏转 B．图甲中，只要A线圈中电流足够强，小磁针就会发生偏转 C．图乙中，开关S接通一段时间之后，能使线圈B中产生感应电流 D．图乙中，开关S接通后，改变滑动变阻器滑片的位置时，不可能使线圈B中产生感应电流 【答案】A 【详解】AB．根据电磁感应现象可知，线圈B中若要产生感应电流，需要穿过线圈的磁通量发生变化，则需要线圈A中电流发生变化，所以线圈A和电池断开瞬间，小磁针会偏转，但当A线圈中电流足够强，线圈B中不产生感应电流，小磁针不会发生偏转，故A正确，B错误； CD．同理，开关S接通一段时间之后，线圈B中不会产生感应电流，改变滑动变阻器滑片的位置时，线圈B中产生感应电流，故CD错误。 故选A。 题型2：电磁感应及其应用综合 【例题3】（23-24高二上·江西·阶段练习）如图所示，矩形线框abcd位于纸面内，面积为S，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线恰好位于垂直纸面向外的匀强磁场的右边界上，已知匀强磁场的磁感应强度为B。若线框从图示位置以为轴按如图所示的方向匀速转动，下列说法正确的是（    ） A．在线框转动过程中始终有感应电流产生 B．图示位置时穿过线框的磁通量为 C．使线框从图示位置转动60°时穿过线框的磁通量为 D．使线框从图示位置转动180°，则线框的磁通量变化大小为 【答案】A 【详解】A．线框转动时，磁通量一直在变，所以一直有感应电流，A正确； B．穿过线框的磁通量 与线框的匝数无关，B错误； C．线框从图示位置转动60°时，穿过线框的磁通量为，C错误； D．当线框转动180°的过程中，磁通量的变化量 D错误。 故选A。 变式1.（2025高二上·辽宁·学业考试）电磁感应现象的发现，开辟了人类社会的电气化时代。如图所示，矩形线圈ABCD位于长直导线附近，导线中通过的电流为I，线圈与导线在同一平面内，线圈的两个边与导线平行。下列情形中线圈不能产生感应电流的是（　　） A．长直导线中的电流I逐渐增大 B．在这个平面内线圈远离导线移动 C．在这个平面内线圈靠近导线移动 D．在这个平面内线圈沿AB方向移动 【答案】D 【详解】A．长直导线中的电流I逐渐增大时，穿过线圈的磁通量增加，线圈中会产生感应电流，A不符合题意； B．在这个平面内线圈远离导线移动时，穿过线圈的磁通量减小，线圈中会产生感应电流，B不符合题意； C．在这个平面内线圈靠近导线移动时，穿过线圈的磁通量增加，线圈中会产生感应电流，C不符合题意； D．在这个平面内线圈沿AB方向移动时，穿过线圈的磁通量不变，线圈中不会产生感应电流，D符合题意。 故选D。 变式2.（24-25高二下·广西河池·月考）为探究感应电流产生的条件，几位同学做了如下的实验。 (1)小李同学选用图甲中的器材模仿法拉第的实验进行探究 ①请在实物图中，用笔画线代替导线将电路补充完整 。 ②闭合开关进行实验前，滑动变阻器滑片P应该滑置在最 （填“左”或“右”）端。 ③正确连接电路后，下列说法正确的是 （多选，填正确答案前的标号）。 A．开关闭合，拔出线圈B中的线圈A的过程中，电表的指针发生偏转 B．开关闭合，线圈A中电流稳定后，电表的指针稳定偏转 C．开关闭合后，移动滑动变阻器的滑片，电表的指针偏转，线圈A中出现感应电流 D．开关闭合后，移动滑动变阻器的滑片，电表的指针偏转，线圈B中出现感应电流 E．断开开关的瞬间，电表的指针有明显偏转 (2)南宁市某学校的同学在操场上将一根长为20m的铜芯导线两端与电流传感器的两个接线柱连接，构成闭合回路，两同学沿南北方向面对面站立摇动这条导线， （填“能”或“不能”）观察到“摇绳发电”的现象。 【答案】(1) 图见解析 右 ADE (2)不能 【详解】（1）①[1]将电源、电键、变阻器、线圈A串联成一个回路，注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱；再将电表与线圈B串联成另一个回路，电路图如图所示 ②[2]为保护电路中的仪器，故闭合开关进行实验前，滑动变阻器滑片P应该滑置在最右端，其有效阻值最大，当闭合开关后，回路中的电流最小。 ③[3]A．开关闭合，拔出线圈B中的线圈A的过程中，通过线圈B中的磁通量减少，故电表的指针发生偏转，故A正确； B．开关闭合，线圈A中电流稳定后，通过线圈B的磁通量不变，故电表的指针不偏转，故B错误； CD．开关闭合后，移动滑动变阻器的滑片，流过线圈A的电流发生变化，则线圈A产生的磁场发生变化，故通过线圈B的磁通量发生变化，线圈B中出现感应电流，电表的指针偏转，故C错误，D正确； E．断开开关的瞬间，通过B线圈的磁通量迅速减小，电表的指针有明显偏转，故E正确. 故选ADE。 （2）因地磁场沿南北方向，所以当两同学沿南北方向面对面站立在赤道附近磁场水平分量主导的区域摇动这条导线，不能观察到“摇绳发电”的现象。 四、电磁场与电磁波 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场产生电场 ①在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生感应电流．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场。 ②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生电场。 (2)变化的电场产生磁场 变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。 2．电磁场：变化的电场和变化的磁场所形成的不可分割的统一体。 3．电磁波 (1)电磁波的产生：周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 (2)电磁波的特点： ①电磁波可以在真空中传播。 ②电磁波的传播速度等于光速。 ③光在本质上是一种电磁波。即光是以波动形式传播的一种电磁振动。 (3)电磁波的波速 ①波速、波长、频率三者之间的关系：波速＝波长×频率。 电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝λf。 ②电磁波在真空中的传播速度c＝3×108 m/s。 五、电磁波谱与电磁波的能量 1．电磁波谱 (1)概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。 (2)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。 (3)各种电磁波的特性 ①无线电波：用于广播、卫星通信、电视等信号的传输。 ②红外线：用于加热理疗等。 ③可见光：照亮自然界，也可用于通信。 ④紫外线：用于灭菌消毒。 ⑤X射线和γ射线：用于诊断病情、摧毁病变的细胞。 2．电磁波的能量 (1)光是一种电磁波，光具有能量。 (2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质。 题型3：麦克斯韦电磁场理论与电磁波 【例题4】（2022春·山东日照·高二统考期中）关于电磁波的说法中，下列叙述正确的是（　　） A．电磁波和机械波一样，都不能在真空中传播 B．赫兹首先用实验证实了电磁波的存在，验证了麦克斯韦的电磁场理论 C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为X光的穿透能力最强 D．微波炉加热食物是利用了微波有很强的热效应 【答案】B 【详解】A．电磁波可以在真空中传播，机械波不能在真空中传播，A错误； B．赫兹首先用实验证实了电磁波的存在，验证了麦克斯韦的电磁场理论，选项B正确； C．X光的穿透能力是较强的，但不是最强，C错误； D．微波几乎没有热效应，微波炉能快速加热食物是利用了微波的频率与水的频率相接近，从而使水振动而发热的，故D错误。 故选B。 变式1.（2023春·四川自贡·高二校考期中）根据麦克斯韦电磁理论，如下说法正确的是（　　） A．变化的电场一定产生变化的磁场 B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场 C．稳定的电流不产生磁场 D．振荡的电场一定产生同频率的振荡磁场 【答案】D 【详解】AB．变化的电场一定产生磁场，但均匀变化的电场只能产生恒定的磁场，AB错误； C．稳定的电流可以产生稳定的磁场，C错误； D．周期性变化的电场一定产生同频率的交变磁场，这样才能产生电磁波，D正确。 故选D。 变式2.（23-24高二下·天津·期中）关于电磁波的发现及应用，下列说法正确的是（　　） A．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围也一定产生变化的电场 B．利用红外线的热效应能杀菌消毒，夜视仪利用了紫外成像技术 C．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制 D．为了有效向外发射电磁波，振荡电路不必采用开放电路，但要提高振荡频率 【答案】C 【详解】A．根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围也产生稳定的电场；周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场周围也一定产生周期性变化的电场，选项A错误； B．利用紫外线的化学效应能杀菌消毒，夜视仪利用了红外成像技术，选项B错误； C．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制，选项C正确； D．为了有效向外发射电磁波，必须要提高振荡电路得振荡频率，同时采用开放电路，选项D错误。 故选C。 【例题5】（22-23高二下·重庆渝中·期末）2022年元旦，神舟十三号三名航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站内以“青春”“梦想”“奋斗”为关键词，同京港澳三地青年进行天地对话。这场别开生面的“天宫对话”激发了包括港澳在内全国青年对太空的探索之心，更点燃了他们为祖国骄傲的爱国热情。他们的通话信息经处理后通过电磁波传输。对于在真空中传播的电磁波，下列说法正确的是（    ） A．波长越长的频率越低 B．频率越高的传播速度越大 C．电磁波能量越大传播速度越大 D．首次通过实验证实电磁波的存在的科学家是麦克斯韦 【答案】A 【详解】A．根据 可知波长越长，频率越低，A正确。 BC．电磁波在真空中传播的速度都相同，都为光速，B错误，C错误； Ｄ．赫兹用实验证明了电磁波的存在，D错误。 故选A。 变式1.（2023春·海南省直辖县级单位·高二校考期末）使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是：，则蓝牙通信的电磁波（　　） A．是蓝光 B．波长比手机通信的电磁波短 C．在真空中的传播速度大小为 D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小 【答案】B 【详解】A．由题意可得，蓝牙通信的电磁波频率小于可见光频率，故不可能是蓝光，故A错误； B．由图可知，蓝牙通信的电磁波比手机通信的电磁波频率大，由 可知，频率越大，波长越短，故蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波短，故B正确； CD．在真空中电磁波的传播速度大小均为 故CD错误。 故选B。 变式2.（23-24高二下·广东茂名·期中）为防范和打击利用无线电技术手段进行考试作弊行为，确保2024年普通高考公平顺利进行，各市无线电管理处周密部署，多措并举，全力以赴确保高考期间无线电安全。关于电磁波的特性，下列说法正确的是（　　） A．X射线有显著的化学作用，医院可用来杀菌消毒，也可用于进行人体透视 B．红外线波长短，分辨率高，侦察上可用红外线拍摄指纹照片 C．雷达发出或接收的电磁波受天气影响，在浓雾天能见度低的黑夜不能使用 D．空间站上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力 【答案】D 【详解】A．X射线没有显著的化学作用，不能用来杀菌消毒，但X射线有较强的穿透能力，用来进行人体透视，故A错误； B．侦察上用紫外线拍摄指纹照片，因为紫外线波长短，分辨率高，故B错误； C．电磁波的使用不受天气影响，故雷达在能见度低的黑夜一样使用，故C错误； D．红外线的热作用很强，有较好的穿透云雾烟尘的能力，可以制成热谱仪、红外线夜视仪等等，所以在空间站上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力，故D正确。 故选D。 六、热辐射 能量子 1.热辐射 (1)概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。 (2)特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。 (3)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射。 2.普朗克的能量子概念 (1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s，ν为电磁波的频率。 (2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，即相邻两个值之间有一定距离。 3.爱因斯坦的光子说 光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光量子，简称光子．频率为ν的光子的能量为ε＝hν。 4.能级 原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级。 原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差。 题型4：热辐射、黑体和黑体辐射 【例题6】（2022·江苏苏州·模拟预测）下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像（纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率）和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】AB．两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像与坐标轴围成的面积应相等，且温度较高的气体分子速率大的占比更多，AB错误； CD．黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，C正确，D错误； 故选C。 变式1.（21-22高二上·江苏苏州·开学考试）如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法错误的是（　　） A．T1>T2 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 C．普朗克提出的能量量子化理论很好的解释了黑体辐射的实验规律 D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个黑体 【答案】B 【详解】A．由图可知，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，所以T1>T2，故A正确，不符合题意； B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关外，与黑体的材料及表面状况无关，故B错误，符合题意； C．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，很好的解释了黑体辐射的实验规律,故C正确，不符合题意； D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，就相当于吸收了所有电磁波，这个小孔就可以近似为一个绝对黑体，故D正确。 故选B。 变式2.（2022·高二）下列说法正确的是（　　） A．只有温度高的物体才会有热辐射 B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量 C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波 D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关 【答案】D 【详解】A．任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，故A错误； BC．能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，故BC错误； D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，故D正确。 故选D。 变式3.（2022·高二单元测试）关于对黑体的认识，下列说法正确的是（　　） A．黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关 D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体 【答案】C 【详解】A．能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，而不发生发射，这样的物体称为黑体，故A错误； BC．黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B错误，C正确； D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，就相当于吸收了所有电磁波，这个空腔就可以近似为一个绝对黑体，故选项D错误。 故选C。 题型5：能量子的理解与计算 【例题7】（2023秋·江苏宿迁·高二泗阳县实验高级中学校考阶段练习）下列关于能量量子化说法正确的是（　　） A．爱因斯坦最早提出了能量量子化假说 B．普朗克认为微观粒子能量是连续的 C．频率为v的光的能量子为hv D．电磁波波长越长，其能量子越大 【答案】C 【详解】A．能量子假说是由普朗克最早提出来的，故A错误； B．根据普朗克能量量子化假说，微观粒子能量不连续，故B错误； CD．能量子的能量 所以电磁波波长越长，其能量子越小。故C正确，D错误。 故选C。 变式1.（2023·全国·高二专题练习）由中国健康发展研究中心发布《国民视觉健康报告》白皮书显示，我国学生的近视患病率在逐年增加。课业负担重、沉迷电子产品已成为影响青少年视力的两大“杀手”。现代医学采用激光“焊接”视网膜技术来治疗近视，所用激光的波长。已知普朗克常量，光在真空中传播速度，则该激光中每个光子的能量为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】由 代入数据可得每个光子的能量 故选A。 变式2.（23-24高三上·江西南昌·开学考试）现在市场上常用来激光打标的是355nm紫外纳秒固体激光器，该激光器单光子能量高，能直接打断某种材料的分子键，使之从材料表面脱离。据此判断，打断该材料分子键需要的能量约为（取普朗克常量，真空光速）（    ）    A． B． C． D． 【答案】B 【详解】打断该材料分子键需要的能量为该激光器单光子能量，则该激光的光子能量为 解得 故选B。 课后作业 1.（2024高二上·江苏徐州·学业考试）下列操作中能使灵敏电流计的指针发生偏转的是（　　） A．导体棒保持静止 B．导体棒竖直向下运动 C．导体棒向左运动 D．导体棒竖直向上运动 【答案】C 【详解】闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流。导体棒静止和在竖直方向运动时均不切割磁感线，电路中不会产生感应电流；导体棒左右运动时会切割磁感线，电路中会产生感应电流，电路中灵敏电流计的指针会发生偏转； 故选C。 2．（2022秋·山东枣庄·高二枣庄市第三中学校考期中）如图所示，两个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用导线连通，导线下面平行放置一个小磁针。实验中可能观察到的现象是（　　）      A．线圈A和电池连接瞬间，小磁针会偏转 B．线圈A和电池断开瞬间，小磁针不会偏转 C．用一节电池作电源小磁针不偏转，用十节电池作电源小磁针会偏转 D．线圈B匝数较少时小磁针不偏转，匝数足够多时小磁针会偏转 【答案】A 【详解】AB．线圈A和电池连接瞬间，A中电流从无到有，电流发生变化，磁通量变化，则在B线圈中感应出感应电流，从而产生感应磁场，小磁针偏转，同理线圈A和电池断开瞬间，小磁针也会偏转，故A正确，B错误； C．电路稳定后，电池是直流电，大小和方向都不变，所以无论是用几节电池，在B中没有电流产生，则小磁针不会偏转，故C错误； D．电路稳定后，在B中没有电流产生，无论线圈匝数多还是少都不能偏转，故D错误。 故选A。 3．（22-23高二下·山西忻州·期中）对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。关于黑体辐射，下列说法正确的是（　　） A．黑体不会辐射电磁波 B．温度低于0℃的物体不会辐射电磁波 C．黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍 D．爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律 【答案】C 【详解】AB．一切物体都会辐射电磁波，绝对零度的物体才可能没有辐射，温度越高，辐射的电磁波越强，AB错误； CD．普朗克假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的实验现象，C正确，D错误。 故选C。 4．（2023秋·高二）关于电磁波，下列叙述正确的是（ ） A．电磁波在真空中的传播速度远小于真空中的光速 B．电磁波可以发生反射现象 C．电磁波和机械波一样依赖于介质传播 D．随着科技的发展，可以实现利用机械波从太空向地球传递信息 【答案】B 【详解】A．电磁波在真空中的传播速度等于真空中的光速，故A错误； B．电磁波属于波的一种，能够发生反射等波特有的现象，故B正确； CD．电磁波能在真空中传播，而机械波依赖于介质传播，不能在真空中传播，故CD错误。 故选B。 5.（22-23高二下·陕西咸阳·期中）2022年10月12日，神舟十四号乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲在中国空间站进行太空授课。若本次直播通信使用电磁波的波长范围为，则该电磁波中能量子最大值为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】由电磁波能量子公式可知，电磁波的波长越小，能量越大，因此该电磁波中能量子最大值为 ABD错误，C正确。 故选C。 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第17讲 电磁感应、电磁波、能量量子化 【学习目标】　 1.知道什么是电磁感应现象，什么是感应电流，了解法拉第的贡献。 2.通过实验探究，理解产生感应电流的条件。 3.了解电磁感应现象的应用。 4.知道麦克斯韦电磁场理论，理解麦克斯韦电磁场理论的两个要点。 5.了解电磁波的形成及其特点。 6.知道能量量子化的含义和能级的概念。 【知识梳理】 一、划时代的发现 1．丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种作用称为 ，揭示了 现象与 现象之间存在密切联系。 2．英国物理学家 发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象，他把这种现象命名为 ．产生的电流叫作 。 二、感应电流的产生条件 1．磁通量 (1)概念：穿过某个面的磁通量等于闭合导体回路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积。 (2)公式：Φ＝BS。 2．产生感应电流的条件：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流。 三、磁通量的计算 1．磁通量的正、负：任何一个面都有正、反两面，若规定磁感线从正面穿入为正磁通量，则磁感线从反面穿入即为负磁通量，反之亦可。磁通量的变化大致可分为以下几种情况： (1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化．如图(a)所示． (2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化．如图(b)所示． (3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化．如图(c)所示． 2．ΔΦ与Φ意义不同，大小也没有必然的联系，感应电流的产生与Φ无关，只取决于Φ的变化，与ΔΦ有关。 题型1：感应电流产生的条件及判断 【例题1】某同学利用如图所示器材探究“磁生电”，在正确操作的情况下，得到符合实验事实的选项是（　　） A．将绕线的铁环换成木环后，闭合或断开开关瞬间，电流计指针有偏转 B．闭合开关稳定后，电流计指针有偏转 C．闭合开关瞬间，电流计指针无偏转 D．通电状态下，拆开与电池相连线圈的瞬间，电流计指针无偏转 变式1.如图所示，线圈abcd水平向右穿过磁场区域B时，在以下情况中，线圈中有感应电流产生的是（　　） A．整个线圈在磁场中上下平动时 B．整个线圈都在磁场中左右平动 C．线圈离开磁场的过程中 D．线圈进入磁场后在它所在的平面内绕过a点垂直于纸面的轴旋转 变式2.如图，A和B都是铝环，环A是闭合的，环B是断开的，两环分别固定在一横梁的两端，横梁可以绕中间的支点转动。下列判断正确的是（　　） A．用磁铁的N极靠近A环时，A环会转动靠近磁铁 B．用磁铁的N极靠近B环时，B环会转动靠近磁铁 C．用磁铁的N极靠近A环，A环不会有感应电流产生 D．用磁铁的N极靠近B环，B环不会有感应电流产生 【例题2】下列情况能产生感应电流的是（　　）      A．如图（a）所示，导体AB顺着磁感线运动 B．如图（b）所示，条形磁铁插入线圈中不动时 C．如图（c）所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时 D．如图（d）所示，矩形线圈只有一半在匀强磁场内，现以OO′为轴转动时 变式1.如图所示，虚线I和Ⅱ之间有垂直于纸面向里的匀强磁场。闭合线圈自高处落下，依次经过a、b、c三个位置。则线圈中有感应电流产生的是（　　） A．位置a和位置b B．位置b和位置c C．位置a和位置c D．三个位置都有 变式2.法拉第在1831年发现了“磁生电”现象。如图甲把两个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用长直导线连通，直长导线正下方平行于导线放置一个小磁针；如图乙两个线圈分别绕在一个铁环上，线圈A接直流电源，线圈B接灵敏电流计。实验中可能观察到的现象是（　　） A．图甲中，线圈A和电池断开瞬间，小磁针会偏转 B．图甲中，只要A线圈中电流足够强，小磁针就会发生偏转 C．图乙中，开关S接通一段时间之后，能使线圈B中产生感应电流 D．图乙中，开关S接通后，改变滑动变阻器滑片的位置时，不可能使线圈B中产生感应电流 题型2：电磁感应及其应用综合 【例题3】如图所示，矩形线框abcd位于纸面内，面积为S，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线恰好位于垂直纸面向外的匀强磁场的右边界上，已知匀强磁场的磁感应强度为B。若线框从图示位置以为轴按如图所示的方向匀速转动，下列说法正确的是（    ） A．在线框转动过程中始终有感应电流产生 B．图示位置时穿过线框的磁通量为 C．使线框从图示位置转动60°时穿过线框的磁通量为 D．使线框从图示位置转动180°，则线框的磁通量变化大小为 变式1.电磁感应现象的发现，开辟了人类社会的电气化时代。如图所示，矩形线圈ABCD位于长直导线附近，导线中通过的电流为I，线圈与导线在同一平面内，线圈的两个边与导线平行。下列情形中线圈不能产生感应电流的是（　　） A．长直导线中的电流I逐渐增大 B．在这个平面内线圈远离导线移动 C．在这个平面内线圈靠近导线移动 D．在这个平面内线圈沿AB方向移动 变式2.为探究感应电流产生的条件，几位同学做了如下的实验。 (1)小李同学选用图甲中的器材模仿法拉第的实验进行探究 ①请在实物图中，用笔画线代替导线将电路补充完整 。 ②闭合开关进行实验前，滑动变阻器滑片P应该滑置在最 （填“左”或“右”）端。 ③正确连接电路后，下列说法正确的是 （多选，填正确答案前的标号）。 A．开关闭合，拔出线圈B中的线圈A的过程中，电表的指针发生偏转 B．开关闭合，线圈A中电流稳定后，电表的指针稳定偏转 C．开关闭合后，移动滑动变阻器的滑片，电表的指针偏转，线圈A中出现感应电流 D．开关闭合后，移动滑动变阻器的滑片，电表的指针偏转，线圈B中出现感应电流 E．断开开关的瞬间，电表的指针有明显偏转 (2)南宁市某学校的同学在操场上将一根长为20m的铜芯导线两端与电流传感器的两个接线柱连接，构成闭合回路，两同学沿南北方向面对面站立摇动这条导线， （填“能”或“不能”）观察到“摇绳发电”的现象。 四、电磁场与电磁波 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场产生电场 ①在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的 ，电路中会产生感应电流．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了 。 ②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生 。 (2)变化的电场产生磁场 变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生 ，即 的电场在空间产生磁场。 2．电磁场：变化的 和变化的 所形成的不可分割的统一体。 3．电磁波 (1)电磁波的产生： 变化的电场和 变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。 (2)电磁波的特点： ①电磁波 在真空中传播。 ②电磁波的传播速度等于 。 ③光在本质上是一种 。即光是以 形式传播的一种电磁振动。 (3)电磁波的波速 ①波速、波长、频率三者之间的关系：波速＝ × 。 电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝ 。 ②电磁波在真空中的传播速度c＝3×108 m/s。 五、电磁波谱与电磁波的能量 1．电磁波谱 (1)概念：按电磁波的 或 大小的顺序把它们排列成谱，叫作电磁波谱。 (2)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为： 、红外线、 、 、X射线、γ射线。 (3)各种电磁波的特性 ①无线电波：用于 、卫星通信、 等信号的传输。 ②红外线：用于 等。 ③可见光：照亮自然界，也可用于 。 ④紫外线：用于灭菌 。 ⑤X射线和γ射线：用于诊断病情、摧毁 。 2．电磁波的能量 (1)光是一种电磁波，光具有能量。 (2)电磁波具有 ，电磁波是一种物质。 题型3：麦克斯韦电磁场理论与电磁波 【例题4】关于电磁波的说法中，下列叙述正确的是（　　） A．电磁波和机械波一样，都不能在真空中传播 B．赫兹首先用实验证实了电磁波的存在，验证了麦克斯韦的电磁场理论 C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为X光的穿透能力最强 D．微波炉加热食物是利用了微波有很强的热效应 变式1.根据麦克斯韦电磁理论，如下说法正确的是（　　） A．变化的电场一定产生变化的磁场 B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场 C．稳定的电流不产生磁场 D．振荡的电场一定产生同频率的振荡磁场 变式2.关于电磁波的发现及应用，下列说法正确的是（　　） A．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围也一定产生变化的电场 B．利用红外线的热效应能杀菌消毒，夜视仪利用了紫外成像技术 C．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制 D．为了有效向外发射电磁波，振荡电路不必采用开放电路，但要提高振荡频率 【例题5】2022年元旦，神舟十三号三名航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站内以“青春”“梦想”“奋斗”为关键词，同京港澳三地青年进行天地对话。这场别开生面的“天宫对话”激发了包括港澳在内全国青年对太空的探索之心，更点燃了他们为祖国骄傲的爱国热情。他们的通话信息经处理后通过电磁波传输。对于在真空中传播的电磁波，下列说法正确的是（    ） A．波长越长的频率越低 B．频率越高的传播速度越大 C．电磁波能量越大传播速度越大 D．首次通过实验证实电磁波的存在的科学家是麦克斯韦 变式1.使用蓝牙耳机接听手机来电，其信号传输的示意图如图所示，已知可见光的频率范围是：，则蓝牙通信的电磁波（　　） A．是蓝光 B．波长比手机通信的电磁波短 C．在真空中的传播速度大小为 D．在真空中的传播速度比可见光传播的速度小 变式2.为防范和打击利用无线电技术手段进行考试作弊行为，确保2024年普通高考公平顺利进行，各市无线电管理处周密部署，多措并举，全力以赴确保高考期间无线电安全。关于电磁波的特性，下列说法正确的是（　　） A．X射线有显著的化学作用，医院可用来杀菌消毒，也可用于进行人体透视 B．红外线波长短，分辨率高，侦察上可用红外线拍摄指纹照片 C．雷达发出或接收的电磁波受天气影响，在浓雾天能见度低的黑夜不能使用 D．空间站上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力 六、热辐射 能量子 1.热辐射 (1)概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的 有关，所以叫热辐射。 (2)特点：温度升高时，热辐射中波长较 的成分越来越强。 (3)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的 而不发生反射。 2.普朗克的能量子概念 (1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s，ν为电磁波的频率。 (2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，即相邻两个值之间有一定距离。 3.爱因斯坦的光子说 光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光量子，简称光子．频率为ν的光子的能量为ε＝hν。 4.能级 原子的能量是 的，量子化的能量值叫 。 原子从高能级向低能级跃迁时 光子，光子的能量等于前后两个能级 。 题型4：热辐射、黑体和黑体辐射 【例题6】下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像（纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率）和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律的是（　　） A． B． C． D． 变式1.如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法错误的是（　　） A．T1>T2 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 C．普朗克提出的能量量子化理论很好的解释了黑体辐射的实验规律 D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个黑体 变式2.下列说法正确的是（　　） A．只有温度高的物体才会有热辐射 B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量 C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波 D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关 变式3.关于对黑体的认识，下列说法正确的是（　　） A．黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关 D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体 题型5：能量子的理解与计算 【例题7】下列关于能量量子化说法正确的是（　　） A．爱因斯坦最早提出了能量量子化假说 B．普朗克认为微观粒子能量是连续的 C．频率为v的光的能量子为hv D．电磁波波长越长，其能量子越大 变式1.由中国健康发展研究中心发布《国民视觉健康报告》白皮书显示，我国学生的近视患病率在逐年增加。课业负担重、沉迷电子产品已成为影响青少年视力的两大“杀手”。现代医学采用激光“焊接”视网膜技术来治疗近视，所用激光的波长。已知普朗克常量，光在真空中传播速度，则该激光中每个光子的能量为（　　） A． B． C． D． 变式2.现在市场上常用来激光打标的是355nm紫外纳秒固体激光器，该激光器单光子能量高，能直接打断某种材料的分子键，使之从材料表面脱离。据此判断，打断该材料分子键需要的能量约为（取普朗克常量，真空光速）（    ）    A． B． C． D． 课后作业 1.下列操作中能使灵敏电流计的指针发生偏转的是（　　） A．导体棒保持静止 B．导体棒竖直向下运动 C．导体棒向左运动 D．导体棒竖直向上运动 2．如图所示，两个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用导线连通，导线下面平行放置一个小磁针。实验中可能观察到的现象是（　　） A．线圈A和电池连接瞬间，小磁针会偏转 B．线圈A和电池断开瞬间，小磁针不会偏转 C．用一节电池作电源小磁针不偏转，用十节电池作电源小磁针会偏转 D．线圈B匝数较少时小磁针不偏转，匝数足够多时小磁针会偏转 3．对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。关于黑体辐射，下列说法正确的是（　　） A．黑体不会辐射电磁波 B．温度低于0℃的物体不会辐射电磁波 C．黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍 D．爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律 4．关于电磁波，下列叙述正确的是（ ） A．电磁波在真空中的传播速度远小于真空中的光速 B．电磁波可以发生反射现象 C．电磁波和机械波一样依赖于介质传播 D．随着科技的发展，可以实现利用机械波从太空向地球传递信息 5.2022年10月12日，神舟十四号乘组航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲在中国空间站进行太空授课。若本次直播通信使用电磁波的波长范围为，则该电磁波中能量子最大值为（　　） A． B． C． D． 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $